高分子材料成型

　　高分子材料成型【1】

　　摘要：我國的高分子材料成型技術(shù)在工業(yè)上取得了飛速的發(fā)展，本文主要闡述了高分子材料成型的原理以及高分子材料成型的加工技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：高分子材料;成型;技術(shù)

　　一、前言

　　高分子材料是指以高分子化合物為基體組分的材料。

　　高分子材料按來源可分為天然高分子材料、合成高分子材料;按化學組成分類可分為有機高分子材料、無機高分子材料;按性能可分為通用高分子材料、新型高分子材料。

　　高分子材料比傳統(tǒng)材料發(fā)展迅速的主要原因是原料豐富、制造方便、加工容易、品種繁多、形態(tài)多樣、性能優(yōu)異以及在生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域中所需的投資低，經(jīng)濟效益比較顯著。

　　高分子反應(yīng)加工分為反應(yīng)擠出和反應(yīng)注射成型兩個部分，目前我國普遍采用的設(shè)備包括螺桿擠出機和螺桿注射機。

　　現(xiàn)階段，我國的高分子材料成型也取得了較好的成績。

　　二、高分子材料成型的原理

　　高分子材料的合成和制備一般都是由幾個化工單元操作組成的，高分子反應(yīng)加工把多個單元操作熔為一體，有關(guān)能量的傳遞和平衡，物料的輸運和平衡問題，與一般單個化工單元操作完全不同。

　　傳統(tǒng)聚合過程解決傳熱和傳質(zhì)問題主要是利用溶劑和緩慢反應(yīng)來進行的，但是在聚合反應(yīng)加工過程中，物料的溫度在數(shù)分鐘內(nèi)就能達到400℃~800℃，此時對于反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱，如果不能進行脫除的話，那么降解和炭化將會發(fā)生在物料中。

　　傳統(tǒng)的加工過程是通過設(shè)備給聚合物加熱，而需要快速將聚合生成的熱量通過設(shè)備移去是聚合反應(yīng)加工所進行的，由此可見，必須從化學和熱物理兩個方面開展相應(yīng)的基礎(chǔ)研究。

　　高分子材料的物理機械性能、熱性能、加工性能等均取決于其化學結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和凝聚態(tài)的形態(tài)結(jié)構(gòu)，而加工工藝與高分子材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)關(guān)系是非常密切的。

　　流變學，指從應(yīng)力、應(yīng)變、溫度和時間等方面來研究物質(zhì)變形和(或)流動的物理力學。

　　它是力學的一個新分支，它主要研究物理材料在應(yīng)力、應(yīng)變、溫度濕度、輻射等條件下與時間因素有關(guān)的變形和流動的規(guī)律。

　　高分子材料成型加工成制備的理論基礎(chǔ)是高分子材料流變學。

　　高分子材料的自身的規(guī)律和特點是伴隨化學反應(yīng)的高分子材料的流變性質(zhì)而產(chǎn)生的。

　　三、高分子材料成型的加工技術(shù)

　　(一)聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備

　　目前國外已經(jīng)研發(fā)出可以解決其他擠出機作為反應(yīng)器所存在的問題，即連續(xù)反應(yīng)和混煉的十螺桿擠出機。

　　在我國高分子材料成型加工工業(yè)的發(fā)展中占有極其重要的地位，但是我國的高分子材料成型的加工技術(shù)的開發(fā)目前還處于初步階段。

　　縮聚反應(yīng)器的反應(yīng)擠出設(shè)備就是指交換法聚碳酸酯連續(xù)化生產(chǎn)和尼龍生產(chǎn)中的比較關(guān)鍵的技術(shù)，除此之外，我國每年還有數(shù)以千萬噸的改性聚合物生產(chǎn)，反應(yīng)擠出技術(shù)及設(shè)備也是其關(guān)鍵技術(shù)。

　　采用傳統(tǒng)的加工設(shè)備存在一些問題，例如傳熱、化學反應(yīng)過程難以控制等，另外投資費用大、噪音大等問題。

　　無論是在反應(yīng)加工原理還是設(shè)備的結(jié)構(gòu)上，聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備與傳統(tǒng)技術(shù)都完全不同，將聚合物反應(yīng)擠出全過程引入到電磁場引起的機械振動場，從而達到控制化學反應(yīng)過程、反應(yīng)制品的物理化學性能以及反應(yīng)生產(chǎn)物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的目的，這就是聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備。

　　高分子材料成型加工是高能耗過程作業(yè)，無論是擠出、注射還是中空吹塑成型塑料原理都必須經(jīng)過熔融塑化及輸送這一基本和共性的過程，目前普遍采用的設(shè)備包括螺桿擠出機和螺桿注射機等。

　　該技術(shù)使得控制聚合物單體及停留時間分布不可控的問題得到了解決，而且也使得振動立場作用下聚合物反應(yīng)加工過程中的質(zhì)量、動量以及能量傳遞和平衡問題得到了解決，同時也使得設(shè)備結(jié)構(gòu)集成化問題得到了解決。

　　新設(shè)備的優(yōu)點很多，例如：體積重量小、適應(yīng)性好、噪音低、可靠性高等等，而這些技術(shù)是傳統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備是比不了的。

　　(二)以動態(tài)反應(yīng)加工設(shè)備為基礎(chǔ)的新材料制備新技術(shù)

　　此技術(shù)的研究實現(xiàn)，加強了我國在該領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)言權(quán)。

　　以動態(tài)反應(yīng)技術(shù)為基礎(chǔ)方向，進行深入的研究，從而產(chǎn)生了新的材料制備技術(shù)。

　　我們以存儲光盤盤基為基礎(chǔ)原型，以反應(yīng)成型技術(shù)直接作用于其上。

　　通過對這些技術(shù)的研究改進，改變了傳統(tǒng)技術(shù)中多環(huán)節(jié)、消耗大、復雜度高、周期長、而且環(huán)境污染比較嚴重等諸多不利因素。

　　通過學習研究，可以把制作光盤的PC樹脂原料工業(yè)、中途存放、盤基成型工業(yè)串聯(lián)于一體，提高了工業(yè)生產(chǎn)效率、減少了資源浪費、能夠完全有效的進行控制，而且產(chǎn)品的質(zhì)量有大幅度的提高。

　　聚合物/無機物復合材料物理場強化制備新技術(shù)。

　　研究表明，對無粒子進行適當?shù)奶幚恚�可以得到一些好的效果，比如說利用聚合物進行原位表面改性處理、原位包覆、強制分散等處理后，就可以使我們復合材料成型。

　　熱塑性彈性體動態(tài)全硫化制備技術(shù)。

　　此技術(shù)將混煉引入到振動力場擠出全過程，為實現(xiàn)混煉過程中橡膠相動態(tài)全硫化，對硫化反直進程進行控制，從而使得共混加工過程共混物相態(tài)反轉(zhuǎn)問題得到了解決。

　　實現(xiàn)自主知識產(chǎn)權(quán)的熱塑性彈性體動態(tài)硫化技術(shù)與設(shè)備研制開發(fā)出來，促進我國TPV技術(shù)水平的提高。

　　四、結(jié)語

　　我國必須根據(jù)自身的實際情況來發(fā)展高分子材料成型加工技術(shù)及設(shè)備，把握技術(shù)前沿，不斷地培育自主知識產(chǎn)權(quán)，從而使得我國高分子材料成型技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷加快。

　　參考文獻：

　　[1] 黃漢雄. 高分子材料成型加工裝備及技術(shù)的進展、趨勢與對策(下)[J]. 橡塑技術(shù)與裝備, 2006, (06) :13-18

　　[2] 黃漢雄. 高分子材料成型加工裝備及技術(shù)的進展、趨勢與對策(上)[J]. 橡塑技術(shù)與裝備, 2006, (05) :17-27

　　[3] 王玉東, 付鵬, 李曉光, 趙清香, 劉民英. 尼龍612等溫結(jié)晶的球晶形態(tài)與生成條件[J]. 高分子材料科學與工程, 2009, (09):76-79

　　[4] 吳剛. 高分子材料成型加工技術(shù)的進展[J]. 廣東化工, 2008, (09) :8-12

　　對高分子材料成型技術(shù)的思考【2】

　　摘要：本文主要介紹了高分子成型技術(shù)的基本原理、主要技術(shù)方法、及高分子材料成型行業(yè)的技術(shù)發(fā)展新動態(tài)。

　　關(guān)鍵詞：高分子材料 成型技術(shù)

　　0、引言

　　近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，國家的科技實力有了很大的提高。

　　隨著我國國防、載人航天等高科技領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芫酆衔锊牧系男枨�，我國在高分子材料成型加工技術(shù)更是取得了巨大的成就。

　　高分子材料即相對分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料，一般單元結(jié)構(gòu)較復雜。

　　它的主要作用是制成各種各樣的產(chǎn)品，因此能夠?qū)⑵渲瞥刹煌�形狀的成型加工技術(shù)就極其重要。

　　1、高分子材料成型原理

　　對于高分子材料，其主要性能不僅僅取決于分子的化學結(jié)構(gòu)，還取決于于材料的形態(tài)。

　　而材料的形態(tài)主要是在其加工過程中形成的。

　　傳統(tǒng)的高分子材料的加工過程和高分子材料的制備過程是分開的，其制備過程主要是聚合物的形成過程，而高分子材料的成型過程是將生成的聚合物采用一定的成型工藝，如擠塑、注塑、吹塑等工藝。

　　鑒于傳統(tǒng)工具有高耗能、時間長等缺點，如今主要采用新的高分子材料反應(yīng)加工工藝。

　　這種工藝將高分子材料聚合物的合成和聚合物的加工成型合為一體，采用的設(shè)備具有高分子合成及成型設(shè)備的雙重功能。

　　這種工藝具有生產(chǎn)周期短、過程相對簡單、節(jié)約能源等優(yōu)點。

　　2、高分子成型主要技術(shù)方法

　　2.1擠出成型技術(shù)

　　擠出成型原理是利用螺旋桿加壓，將塑化好的聚合物連續(xù)的從擠出機的機筒擠入機頭，融化的聚合物通過機頭口模成型，牽引拉出后進行冷卻劑定型，最終形成制品。

　　幾乎成型真的過程主要有加料、塑化、成型、定型等，一個合格的高分子材料制品需要各個環(huán)節(jié)均運作良好方可。

　　具體而言，擠出成型工藝，又可細分為以下幾個方面：

　　1)共擠出技術(shù)。

　　這種技術(shù)需要兩臺或兩臺以上的擠出機共同工作，每臺擠出機出一種聚合物，最終同時擠出多種聚合物并在一個機頭中成型的技術(shù)。

　　2)擠出注射組合技術(shù)。

　　這種技術(shù)就是將擠出的聚合物與其他注射進的非熔融狀成分混合后成型的過程。

　　這種技術(shù)最大的優(yōu)點就是調(diào)節(jié)復合物的配方方便。

　　3)擠脹成型技術(shù)。

　　這是一種塑性成型方法，適合于做一些精細或中空的制品，通常采用旋轉(zhuǎn)模塑、注塑或吹塑方法成型。

　　4)反應(yīng)擠出工藝。

　　反應(yīng)擠出工藝是連續(xù)地將單體聚合并對現(xiàn)有聚合物進行改性的一種方法，因可以使聚合物性能多樣化、功能化且生產(chǎn)連續(xù)、工藝操作簡單和經(jīng)濟適用而普遍受到重視。

　　5) 固態(tài)擠出工藝。

　　這種工藝主要是指聚合物在固態(tài)的時候即低于熔點的條件下被擠出口模。

　　由于聚合物在擠出口模時發(fā)生很大的變形，使得分子的取向程度遠遠大于熔融加工，因此制品具有更好的力學性能。

　　2.2 注射成型技術(shù)

　　簡單來說，注射成型技術(shù)就是將熔融狀態(tài)的聚合物注射到固定形狀的模具中，待冷卻成型后形成高分子材料制品的一種工藝。

　　由于絕大多數(shù)塑料都可以采用注塑成型，因此拓寬了這種工藝的應(yīng)用范圍。

　　另外這種工藝具有生產(chǎn)時間短、產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定、生產(chǎn)操作簡單等許多優(yōu)點，因此在行業(yè)中具有重要地位。

　　具體有以下幾種技術(shù)：

　　1)電磁式聚合物動態(tài)塑化注射成型。

　　這種技術(shù)的關(guān)鍵在于在注射裝置中布置電磁式直線脈沖，在聚合物塑化、初涉、成型的全過程中，均保證在電磁場產(chǎn)生的機械震動下進行，使得整個成型過程處于周期性的振動狀態(tài)。

　　2)微孔泡沫塑料注射成型。

　　與傳統(tǒng)的塑料發(fā)泡技術(shù)相比，這種成型技術(shù)不需要添加其他化學成分，也分為簡寫成型、連續(xù)擠出成型機注射成型等技術(shù)。

　　主要包括熱誘導相分離法、單體聚合反應(yīng)法及超飽和氣體法。

　　3)注射結(jié)構(gòu)發(fā)泡成型技術(shù)。

　　此項技術(shù)相對于傳統(tǒng)的成型工藝取得了一定的進步，保留了其優(yōu)點，擺脫了其缺點如產(chǎn)品強度不夠生產(chǎn)時間長等，且進一步擁有產(chǎn)品重量輕差異小等優(yōu)點。

　　4)復合熔芯注射成型技術(shù)。

　　這種技術(shù)分為三個主要階段：第一階段是制備復合熔心即將模具型芯金屬放入預制的鑄造母槽中定位，并教主低熔點合金成型后進行外形修整。

　　第二各階段是熔芯的注射成型即將已經(jīng)制備好的復合熔心再次仿佛模具中并進行注射成型。

　　第三是熔芯分離即低熔點合金、嵌件及塑件加熱后分離的過程。

　　2.3吹塑成型技術(shù)

　　吹塑成型指的是通過氣體壓力使閉合在模具中的熱容型坯吹脹形成中空制品的方法。

　　這種方法由于模具只需要凹槽，因此設(shè)備造價低適應(yīng)性強，并且和成型復雜形狀的制品。

　　是第三種最常用的高分子材料成型方法。

　　具體包括以下幾種技術(shù)：

　　1)中空制品的吹塑。

　　對于中空制品，其吹塑方法主要有三種：擠出吹塑：擠出吹塑：主要用于未被支撐的型坯加工;注射吹塑：主要用于由金屬型芯支撐的型坯加工;拉伸吹塑：包括擠出一拉伸一吹塑、注射一拉伸一吹塑兩種方法，可加工雙軸取向的制品，極大地降低生產(chǎn)成本和改進制品性能。

　　2)高溫吹塑成型技術(shù)。

　　此技術(shù)的關(guān)鍵在于打破了傳統(tǒng)的吹塑成型需在低溫擠出這一模式，一般加工溫度在250—350左右，采用高溫進氣吹塑成型，加工材料多為高耐熱的熱塑性材料，并且對吹塑成型機和模具的冷卻裝置的要求較高，需要其能夠適應(yīng)高溫和低溫冷卻的頻繁交替。

　　3)多層吹塑成型技術(shù)。

　　多層吹塑成型技術(shù)的關(guān)鍵在于增設(shè)了一個閥門，在高分子材料擠出成型的過程中可方便的更換原料，因此生產(chǎn)出的制品為軟質(zhì)和硬質(zhì)交替。

　　此技術(shù)在加工防滲性容器的時候使用較多。

　　4)吹塑發(fā)泡技術(shù)。

　　這種工藝的基本過程與中空吹塑相似，主要包括：用擠出法或注射法生產(chǎn)預成型坯件;將坯件放入中空成型模具，進一步加熱使坯件變軟并完成發(fā)泡;通過壓縮空氣吹脹成型;冷卻定型，開模取出制件。

　　3、高分子材料成型發(fā)展新動態(tài)

　　3.1 聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備

　　這種設(shè)備的關(guān)鍵在于將電磁場引起的機械振動場引入到聚合物反映擠出全過程，達到控制化學反應(yīng)的過程、反應(yīng)生成物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)制品的物理化學性能的目的。

　　3.2 熱塑性彈性體動態(tài)全硫化制備技術(shù)。

　　這項技術(shù)主要是為了解決材料共混加工過程中共混物相態(tài)反轉(zhuǎn)的問題，需要將振動力場引入混煉擠出全過程，通過控制硫化反直進程，實以達到混煉過程中橡膠相動態(tài)全硫化。

　　參考文獻:

　　[1]甄延波.高分子材料成型加工技術(shù)的進展[J].化工中間體，2012年02期，23—25

　　[2]吳剛.高分子材料成型加工技術(shù)的進展[J]. 廣東化工，2008年第九期，3—7

　　[3]金龍浩.高分子材料成型及其控制[J].科技資訊，2007年第33期，2—3

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